03.09.2025 by Aileen Sammler
تحسين سلامة بطاريات الليثيوم أيون: التحليل الحراري والحركي لإلكتروليتات LiPF₆ LiPF₆ باستخدام NETZSCH DSC & Kinetics Neo
اكتشف كيف المسح الحراري التفاضلي (DSC) وبرنامج Kinetics Neo البرنامج من NETZSCH بتحسين سلامة بطاريات الليثيوم أيون من خلال تحليل الاستقرار الحراري والحركي للإلكتروليتات القائمة على LiPF₆ ومنع الهروب الحراري وتحسين الأداء.
تعمل بطاريات الليثيوم أيون (LIBs) على تشغيل هواتفنا الذكية وسياراتنا الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة المتجددة. ومع الزيادة السريعة في الطلب العالمي على البطاريات، أصبحت السلامة والموثوقية من أهم الأولويات. وتفرض الأطر التنظيمية مثل لائحة الاتحاد الأوروبي للبطاريات 2023 والمعايير الدولية الآن متطلبات صارمة على اختبار السلامة الحرارية للبطاريات.
ويقع الإلكتروليت في قلب كل بطارية LIB، ويعد LiPF₆ أحد أكثر الأملاح استخدامًا في مذيبات الكربونات. على الرغم من أن LiPF₆ يتميز بتوصيلية ممتازة Ionic وتوافقه مع أنودات الجرافيت، إلا أنه غير مستقر حرارياً وكيميائياً. يمكن أن يؤدي عدم الاستقرار هذا إلى حدوث هروب حراري، وهو مصدر قلق كبير يتعلق بالسلامة في التنقل الكهربائي والتخزين الثابت.
ولمواجهة هذه التحديات، يعتمد الباحثون والمصنعون على التوصيف المتقدم للمواد. في هذه المذكرة التطبيقية الجديدة، تم استخدام NETZSCH DSC مع برنامج Kinetics Neo لتحليل الثبات الحراري وحركية التحلل للإلكتروليتات القائمة على LiPF₆ القائمة على LiPF₆.
النتائج الرئيسية للدراسة
الأحداث الحرارية المحددة بواسطة DSC
استُخدم NETZSCH DSC لتحليل LiPF₆₆ في نظام مذيب كربونات مختلط (EMC+DMC+EC، 1:1:1). تم اكتشاف التأثيرات الحرارية التالية فوق 190 درجة مئوية:
- الذروة الحرارية الداخلية (≈230 درجة مئوية) → تحلل LiPF₆ والتفاعلات الخاصة بالمذيب
- الذروة الخارجية الحرارية (≈250 درجة مئوية) ≈ تفاعل LiPF₆ مع تفاعلات انقسام الحلقة
- الذروة الطاردة للحرارة الخارجية العريضة (≈290 درجة مئوية) → تفاعلات البلمرة، المنتجات الشبيهة ب PEO، إطلاق ثاني أكسيد الكربون
التحليل الحركي باستخدام برنامج Kinetics Neo
- أكد التقييم الحركي وجود نموذج تفاعل من ثلاث خطوات مع طاقات تنشيط تبلغ 146.3 و137.2 و118.6 كيلوجول/مول.
- وصل الارتباط بين البيانات المقاسة والمحسوبة إلى R² = 0.997، مما يشير إلى اتفاق ممتاز بين البيانات التجريبية والمحاكاة
التنبؤات لسيناريوهات الحياة الواقعية
- تنبؤ متساوي الحرارة: بدأ التحلل بعد ≈1 يوم عند درجة حرارة 150 درجة مئوية، وبعد ≈9 أيام عند درجة حرارة 130 درجة مئوية، وبعد ≈24 يومًا عند درجة حرارة 120 درجة مئوية.
- تنبؤات ثبات الحرارة: في ظل ظروف عدم الاستاتيكية، يحدث الهرب الحراري بعد ≈5 أيام عند درجة حرارة 150 درجة مئوية.
أهمية ذلك بالنسبة لصناعة البطاريات اليوم
- تمثل سلامة البطاريات تحديًا كبيرًا في المركبات الكهربائية وتخزين الشبكة.
- يتطلب الامتثال التنظيمي تحليلاً متعمقًا للاستقرار الحراري للإلكتروليتات.
- يمكن لمطوري المواد تحسين التركيبات لتقليل المخاطر وإطالة عمر البطارية.
من خلال الجمع بين قياس المسح التفاضلي للسعرات الحرارية(DSC) و Kinetics NeoNETZSCH يوفر مجموعة أدوات قوية للتنبؤ بسلوك الإلكتروليت في ظل ظروف التشغيل وإساءة الاستخدام الحقيقية.
فوائد جهاز NETZSCH DSC لأبحاث البطاريات
تتميز أداة التحليل NETZSCH DSC 300 Caliris® بحساسية ومرونة استثنائية، مما يجعلها الأداة المثالية لتحليل إلكتروليتات البطاريات والمواد.
وفي سياق سلامة بطاريات الليثيوم أيون، يمكّن DSC الباحثين من تحديد التحولات الطورية ودرجات حرارة التحلل وأحداث التدفق الحراري التي تعتبر حاسمة لتحديد بداية الهروب الحراري بدقة. وبفضل تصميمه المعياري وبوتقاته عالية الضغط، يتيح DSC Caliris® نتائج موثوقة، حتى بالنسبة لأنظمة الإلكتروليت المتقلبة.
فوائد Kinetics Neo في تحليل سلامة البطارية
يعمل البرنامجKinetics Neo على توسيع نطاق قياسات DSC من خلال تمكين المحاكاة التنبؤية في ظل ظروف الحياة الواقعية. بالنسبة لمطوري البطاريات، هذا يعني أنه يمكن استخدام البيانات من مجموعة من ثلاث تجارب تسخين DSC لنمذجة استقرار التخزين المتساوي الحرارة،والظروف الثابتة،وملامح درجات الحرارة المختلفة.
وهذا يسمح بتنبؤات دقيقة لسلوك الإلكتروليت أثناء سيناريوهات التشغيل أو النقل أو إساءة الاستخدام - مما يدعم تصميم أنظمة بطاريات أكثر أمانًا وأطول عمرًا.
الخاتمة
ويوفر الجمع بين NETZSCH DSC وبرنامج Kinetics Neo رؤى أساسية حول الاستقرار الحراري والحركي للإلكتروليتات القائمة على LiPF₆. وتدعم هذه النتائج بشكل مباشر مطوري البطاريات في منع الهروب الحراري، وضمان الامتثال لمعايير السلامة، ودفع عجلة الانتقال نحو أنظمة آمنة ومستدامة للتنقل الإلكتروني وتخزين الطاقة.
? اقرأ المذكرة التطبيقية الكاملة هنا:
تعرف على المزيد حول NETZSCH أدوات DSC وبرنامج Kinetics Neo
